Luận văn Nghiên cứu hệ thống thiết kế tự động cần trục xoay tải trọng 5 – 10 tấn (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu hệ thống thiết kế tự động cần trục xoay tải trọng 5 – 10 tấn (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỒNG HUỆ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG CẦN TRỤC XOAY TẢI TRỌNG 5 – 10 TẤN S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 0 3 9 9 8 Tp. Hồ Chí Minh, 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỒNG HUỆ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG CẦN TRỤC XOAY TẢI TRỌNG 5 – 10 TẤN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2013 (dòng 25) Tp. Hồ Chí Minh, tháng / (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ)
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Hồng Huệ Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 14/08/1982 Nơi sinh: Quảng Ninh Quê quán: Nam Định Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 71/1/8 cƣ xá 304 Đƣờng D1 F. 25 Q. Bình Thạnh TP.HCM Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: nguyenhonghuevn@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 09/2001 đến 06/ 2006 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học GTVT Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ giới hóa xếp dỡ Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Hoán cải cầu chuyển tải bánh lốp thành bánh ray Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trần Văn Trung III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2007 06/2010 Công ty TNHH Công nghệ Ascenx Kỹ sƣ 10/2009 6/2012 Trƣờng CĐN Hàng Hải TP. HCM Giáo viên i
4. LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống thiết kế tự động cần trục xoay tải trọng 5- 10 tấn. - GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng - Họ tên học viên: Nguyễn Hồng Huệ - MSHV: 10025204009 Lớp: Cao học Công nghệ Chế tạo máy 2010 - Địa chỉ học viên: 71/1/8 Cƣ xá 304 Đƣờng D1 F. 25 Q. Bình Thạnh – Tp. HCM - Số điện thoại liên lạc: 0983.347.982 - Email: nguyenhonghuevn@gmail.com - Ngày nộp luận văn cao học: - Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan luận văn cao học này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 04 năm 2013 Ký tên Nguyễn Hồng Huệ ii
5. LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng cố gắng nỗ lực nghiên cứu và thực hiện, ngƣời nghiên cứu đã hoàn thành luận văn với sự giúp đỡ của quý thầy cô và bạn bè, đặc biệt là giảng viên hƣớng dẫn, PGS.TS Nguyễn Ngọc Phƣơng. Trƣớc hết, xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Phòng đào tạo, các phòng ban của trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, tạo điều kiện cho ngƣời nghiên cứu học tập, nghiên cứu, cập nhật những kiến thức mới trong ngành kỹ thuật nói chung và Cơ khí chế tạo máy nói riêng. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo, ngƣời đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình đã động viên, ủng hộ, giúp đỡ mọi mặt trong quá trình ngƣời nghiên cứu thực hiện luận văn cao học này. iii
6. TÓM TẮT LUẬN VĂN “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG CẦN TRỤC XOAY TẢI TRỌNG 5 – 10 TẤN” Đề tài tiến hành tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, nguyên lý cấu tạo và đặc tính kỹ thuật của cần trục xoay có sức nâng 5 – 10 tấn. Ngoài ra, đề tài cũng tiến hành nghiên cứu thêm về các hệ thống thiết kế tự động, tham khảo các tài liệu sẵn có và các bài báo khoa học để từ đó đề xuất và lựa chọn phƣơng án thực hiện đề tài, lựa chọn kết cấu cần trục xoay. Để phục vụ cho việc lập trình thiết kế cũng nhƣ xuất bản vẽ tự động, tác giả đã sử dụng một số phần mềm hỗ trợ nhƣ Visual Basic, AutoLisp, AutoCad, Sau khi tiến hành lập trình tính toán đƣa ra thông số thiết kế, tác giả sử dụng AutoLisp trong môi trƣờng AutoCad để xuất bản vẽ tự động. Kết quả lập trình tính toán thiết kế và xuất bản vẽ tự động đƣợc so sánh và kiểm nghiệm với một số trƣờng hợp thiết kế tay và cho kết quả tƣơng đƣơng. Bản vẽ đƣợc xuất tự động, nhanh chóng và chính xác. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian, đề tài còn một số vấn đề cần hoàn chỉnh thêm trong tƣơng lai nhƣ cần bổ sung thêm về thƣ viện cơ sở dữ liệu, hình dạng và kết cấu cần trục xoay, bổ sung thêm bản vẽ chế tạo. iv
7. ABSTRACT “A RESEACH ON AUTOMATIC DESIGN OF 5-10 TON JIB CRANES’ First of all, this thesis shows the operating principles, designs and specifications of 5- 10 ton Jib cranes. Apart from that, this thesis also does a research on some available automatic design systems and related documents. From these materials, the author proposes some outlines of the thesis and choices of capacities of jib crane design for the thesis. In order to design, model and export drawings automatically, the author use some available software such as Visual Basic, AutoLisp, AutoCad, etc. The design data received by calculating and modeling using Visual Basic are used as input data for writing Autolisp code applied in AutoCad to generate drawings automatically. The automatic design data and generated drawings are compared to some manual design drawings and show very good agreement with each others. The drawings are generated automatically, fast and exactly. Due to time constraints, the thesis remains some limit that needed to be improved for the next research such as enhancing data base library for jib crane’s characteristics, loads and specifications and manufacturing drawings also. v
8. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ix CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3 Khái quát quá trình thực hiện đề tài 2 1.3.1 Sƣu tầm tài liệu 2 1.3.2 Tính toán cần trục xoay sức nâng 5 – 10 tấn 2 1.3.3 Lập trình tính toán các thông số bằng phần mềm Visual Basic 2 1.3.4 Xuất bản vẽ tự động 2 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.6 Phạm vi nghiên cứu 3 1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.8 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 4 2.1 Giới thiệu 4 2.2 Phân loại 4 2.2.1 Cần trục xoay cột cố định gắn vào nền nhà xƣởng 4 2.2.2 Cần trục xoay trục cố định gắn tƣờng 5 2.3 Chọn kết cấu nghiên cứu 6 2.4 Các công trình nghiên cứu 6 2.4.1 Ngoài nƣớc: 6 2.4.2 Trong nƣớc: 7 2.5 Vấn đề tồn tại 7 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8 3.1 Kết cấu tính toán thiết kế: 8 3.2 Các công việc tính toán: 8 3.2.1 Kết cấu thép dầm [4] 8 vi
9. 3.2.2 Kết cấu thép cột rỗng chịu nén lệch tâm, nén uốn [4] 20 3.2.3 Cơ cấu quay [8] 22 CHƢƠNG 4: Ý TƢỞNG VÀ PHƢƠNG ÁN 39 4.1 Thông số thiết kế: 39 4.2 Các phƣơng án: 39 4.2.1 Phƣơng án 1 - Tạo lập thƣ viện 39 4.2.2 Phƣơng án 2 - Thiết kế tự động 40 4.3 Chọn phƣơng án 41 CHƢƠNG 5: CẤU TRÚC PHẦN MỀM VÀ GIẢI THUẬT 42 5.1 Quy trình tính toán 42 5.2 Cấu trúc phần mềm 43 5.2.1 Modul tính toán 44 5.2.2 Modul vẽ thiết kế 52 5.2.3 Modul in ấn 53 CHƢƠNG 6: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM 54 6.1 Tính toán thiết kế tay 54 6.1.1 Thông số thiết kế cần trục xoay 54 6.1.2 Tính toán kết quả so sánh kiểm nghiệm 54 6.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm 62 6.2.1 Bảng kết quả tính toán 62 6.2.2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm (xem phụ lục [III]) 63 6.2.3 Bản vẽ xuất tự động (xem phụ lục [IV]) 63 6.3 So sánh đánh giá kết quả 63 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 64 7.1 Một số kết luận 64 7.2 Một số kiến nghị 64 vii
10. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hệ số ma sát ổ [8] 24 Bảng 3.2 Thời gian mở máy (thời gian phanh) cơ cấu quay [8] 38 Bảng 4.1 So sánh 2 phƣơng án 41 Bảng 6.1 Kết quả tính toán tay 62 Bảng 6.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm 62 Bảng 6.3 So sánh đánh giá kết quả 63 viii
11. DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 2.1 Các kiểu cần trục xoay thông dụng [9] 4 Hình 2.2 Các kiểu cần trục xoay cột cố định [10] 5 Hình 2.3 Các kiểu cần trục xoay gắn tƣờng [9] 5 Hình 2.4 Một dạng kết cấu cần trục xoay cột cố định [9] 6 Hình 2.5 Bản vẽ xuất ra [11] 6 Hình 2.6 Giao diện mẫu đặt hàng [12] 7 Hình 3.1 Kết cấu đề xuất [9] 8 Hình 3.2 Tiết diện dầm hình 8 Hình 3.3 Sơ đồ xác định chiều dài qui ƣớc chịu tải cục bộ của bản bụng dầm [4] 12 Hình 3.4 Mất ổn định tổng thể của dầm [4] 14 Hình 3.5 Mất ổn định cục bộ của cánh dầm [4] 15 Hình 3.6 Mất ổn định cục bộ của bản bụng dầm do ứng suất tiếp [4] 17 Hình 3.7 Mất ổn định cục bộ của bụng dầm do ứng suất pháp 18 Hình 3.8 Các dạng tiết diện cột nén lệch tâm [4] 20 Hình 3.9 Sơ đồ bố trí TBTQ của cần trục xoay [8] 22 Hình 3.10 Lực tác dụng trên vòng tựa [8] 23 Hình 3.11 Gối tựa dƣới – TBQ kiểu cột quay 24 Hình 3.12 Sơ đồ vòng tựa quay kiểu bánh xe tựa hoặc con lăn tựa [8] 25 Hình 3.13 Vòng tựa quay kiểu bánh xe tựa, tải trọng và đƣờng kính vòng ray [8] 26 Hình 3.14 TBTQ kiểu bi cầu hai dẫy [8] 27 Hình 3.15 Thiết bị tựa quay kiểu bi trụ [8] 28 Hình 3.16 Sơ đồ tính TBTQ kiểu bi hai dãy [8] 29 Hình 3.17 Cơ cấu quay đặt nằm [8] 30 Hình 3.18 Cơ cấu quay đặt đứng 31 Hình 3.19 Lực tác dụng lên cần khi quay quanh trục đứng [8] 32 Hình 3.20 Các tốc độ ở cần [8] 35 Hình 3.21 Sơ đồ tính mômen cản dốc M [8] 37 Hình 4.1 Sơ đồ phƣơng án 1 – Tạo lập thƣ viện 40 Hình 4.2 Sơ đồ phƣơng án 2 – Thiết kế tự động 41 ix
12. Hình 5.1 Lƣu đồ giải thuật tổng thể 43 Hình 5.2 Lƣu đồ giải thuật tính toán 46 Hình 5.3 Lƣu đồ giải thuật modul vẽ thiết kế 52 Hình 5.4 Lƣu đồ giải thuật modul in ấn 53 Hình 6. 1 Cơ cấu nâng 54 Hình 6.2 Kết cấu thép dầm 55 Hình 6.3 Kết cấu thép cột 58 Hình 6.4 Giao diện phần mềm tính toán 63 x
13. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam ngày nay, ngành công nghiệp nặng và chế tạo máy vẫn đang phát triển mạnh mẽ. Trong các xƣởng cơ khí chế tạo máy, đóng tàu, việc di chuyển các thiết bị, dụng cụ nặng một cách thƣờng xuyên và liên tục đòi hỏi phải có sự hỗ trợ của các máy móc thiết bị nhằm giảm các công việc tay chân, tăng mức độ an toàn cho ngƣời lao động và đặc biệt là nâng cao hiệu quả công việc. Việc sản xuất chế tạo máy móc thiết bị đƣợc hỗ trợ rất nhiều bởi hệ thống các thiết bị để điều khiển bằng máy tính. Mục đích của các thiết bị này rất đơn giản là giúp các công nhân di chuyển máy móc, chi tiết, dụng cụ, có khối lƣợng từ vài chục kilogram đến vài chục tấn từ vị trí này sang vị trí khác. Một trong số các thiết bị đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay trong các xƣởng chế tạo, xƣởng cơ khí, nhà kho là cần trục xoay hay cẩu quay (jib crane). Cần trục xoay là loại cần trục kiểu cần có tầm với thay đổi phục vụ việc nâng hạ, vận chuyển hàng hóa thiết bị trong nhà xƣởng. Chiều cao cột, chiều rộng tay cẩu phụ thuộc vào chiều cao và chiều rộng nhà xƣởng cũng nhƣ phụ thuộc vào phạm vi làm việc của cần trục. Cần trục xoay có đế đặt cố định trên nền nhà xƣởng hoặc cũng có thể di chuyển đƣợc. Cột của cần trục xoay có thể quay theo hình vành khăn giới hạn bởi góc quay của cần trục hoặc có thể di chuyển theo phƣơng ngang hoặc cố định. Bán kính quay của cần trục chính là tầm với lớn nhất và nhỏ nhất. Tầm với thay đổi do pa-lăng điện có cơ cấu di chuyển chạy trên ray chữ I gắn trên cần để thực hiện các chuyển động nâng hạ và thay đổi tầm với. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các xƣởng sản xuất, cần trục xoay có nhiều loại nhƣ cần trục xoay thủy lực, cần trục xoay gắn lên tƣờng, cần trục xoay trụ đỡ, cần trục xoay có thể di chuyển, Khả năng nâng hạ của các loại cần trục xoay cũng rất đa dạng, từ những chi tiết nhỏ có khối lƣợng vài chục kilogram cho tới những bộ phận, cơ cấu lớn nặng tới hàng chục tấn. Cần trục xoay có một số ƣu điểm nhƣ: - Kết cấu đơn giản. - Không chiếm nhiều diện tích không gian nhà xƣởng - Cơ giới hóa quy trình sản xuất, lắp ráp, sửa chữa, - Nâng cao độ an toàn, năng suất và hiệu quả công việc. 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Ngành thiết kế cần trục trong nƣớc có chuyển biến chậm, các công ty thiết kế hầu hết nhận đơn đặt hàng là các cụm máy móc, chi tiết nhỏ, các loại cẩu hầu nhƣ đều đƣợc nhập khẩu từ các nƣớc nhƣ Đức, Nhật, Hàn Quốc, Công việc tính toán thiết kế chƣa đƣợc tự động hóa nhiều. Hiện nay nƣớc ta đang trong quá trình hiện đại hóa, công nghiệp hóa cũng nhƣ để tăng mức độ an toàn và nâng cao năng suất lao động, hiệu quả công việc, nhu cầu sử dụng cầu trục xoay jib crane trong các xƣởng là rất lớn kéo theo việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo cần trục xoay là vấn đề cần thiết đóng vai trò quan trọng. Cần trục xoay đặt trong nhà xuởng có sức nâng và tầm với thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào công việc và phạm vi làm việc. Chính vì thế, yêu cầu đặt ra cho thiết kế loại cần trục này cũng rất đa dạng. 1
14. Việc thiếu các phần mềm thiết kế hoặc sử dụng phần mềm thiết kế của nƣớc ngoài có chi phí lớn sẽ đẩy giá thành sản phầm lên cao càng gây khó khăn cho các đơn vị thiết kế. Vì thế việc sử dụng phần mềm thiết kế trong nƣớc sẽ hỗ trợ hiệu quả cho việc thiết kế. Cần trục có sức nâng 5-10 tấn đƣợc sử dụng rộng rãi trong các xƣởng cơ khí. Do đó đề tài “Nghiên cứu hệ thống thiết kế tự động cần trục xoay tải trọng 5 – 10 tấn” là cần thiết. 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài đƣợc tiến hành với mục đích: - Rút ngắn thời gian thiết kế. - Đƣa ra các bản vẽ có độ chính xác cao. - Phục vụ kịp thời nhu cầu khách hàng. - Chuẩn hóa việc thiết kế và tự động hóa thiết kế. 1.3 Khái quát quá trình thực hiện đề tài 1.3.1 Sƣu tầm tài liệu - Tập hợp, tìm kiếm, bổ sung các tài liệu về cần trục xoay (các công ty thiết kế, chế tạo); các dạng cần trục xoay, các công ty cung cấp các bộ phận, thiết bị nhƣ tời nâng, cơ cấu quay, vòng bi, kết cấu thép, ; - Tìm hiểu các phần mềm lập trình tính toán, thiết kế nhƣ Visual Basic, AutoCad, AutoLisp, ) 1.3.2 Tính toán cần trục xoay sức nâng 5 – 10 tấn Để phục vụ việc thiết kế tự động cần trục xoay 5-10 tấn, trƣớc hết cần tính toán thiết kế bằng tay cần trục xoay mẫu loại có sức nâng 5 tấn với các thông số nhƣ sau: - Sức nâng 5 tấn (Q) - Tầm với 5 m (R) - Chiều cao nâng 7 m (H) 1.3.3 Lập trình tính toán các thông số bằng phần mềm Visual Basic - Tạo các cửa sổ nhập liệu, xuất liệu. - Viết chƣơng trình tính toán cần trục xoay sức nâng 5-10 tấn. 1.3.4 Xuất bản vẽ tự động Phần tính toán đƣợc chuyển qua phần mềm AutoLisp kết hợp với AutoCad để xuất các bản vẽ theo yêu cầu thiết kế. 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Tự động hóa và chuẩn hóa qui trình thiết kế. - Xây dựng phần mềm tính toán thiết kế và xuất bản vẽ thiết kế cần trục xoay tự động trên máy tính 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu - Cần trục xoay - CAD và vẽ thiết kế tự động bằng phần mềm AutoLisp 2
15. 1.6 Phạm vi nghiên cứu Đây là một đề tài lớn với sự đa dạng về kết cấu và các thiết bị phụ kiện. Đề tài thực hiện nghiên cứu về cần trục xoay cột cố định tải trọng từ 5-10 tấn. Các kết cấu khác nếu có nhu cầu sẽ đƣợc thiết kế bổ sung nhƣ là các module của phần mềm sẽ đƣợc thực hiện trên nền tảng phần mềm trong đề tài. 1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu phân tích lý thuyết nhƣ phân tích các tài liệu, tạp chí, các nguồn thông tin trên internet có liên quan đến đề tài. - Phƣơng pháp thử và sai để kiểm tra kết quả tính toán thiết kế của phần mềm với kết quả tính toán thiết kế tay. 1.8 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp Đề tài nghiên cứu gồm 6 chƣơng, phần kết luận đề nghị và phụ lục, trong đó: - Chƣơng 1: Giới thiệu Là chƣơng nêu tính cấp thiết và lý do hình thành đề tài. - Chƣơng 2: Tổng quan Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc từ đó đƣa ra phƣơng hƣớng giải quyết các tồn tại sẽ thực hiện trong ĐATN. - Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết Trình bày phần cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình tính toán ở chƣơng 5. Đó là lý thuyết về kết cấu thép dầm, cột, tính toán các bộ truyền, cơ cấu nâng, cơ cấu quay, - Chƣơng 4: Ý tƣởng và phƣơng án Đƣa ra các phƣơng án thực hiện ĐATN và lựa chọn phƣơng án thực hiện phù hợp. - Chƣơng 5: Cấu trúc phần mềm và giải thuật - Chƣơng 6: Tính toán và kiểm nghiệm Tính toán tay kết quả so sánh kiểm nghiệm cho cần trục xoay sức nâng 5 tấn. - Chƣơng 7: Kết luận và kiến nghị - Phụ lục 3
16. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu Cần trục xoay là thiết bị nâng chuyển có nhiệm vụ vận chuyển, nâng hạ các chi tiết, thiết bị máy móc hay hàng hóa trong nhà xƣởng, kho. Cần trục xoay thƣờng có phần đế cố định gắn vào nền nhà xƣởng hoặc là gắn tƣờng, phần quay thực hiện bằng tay hay cơ cấu quay dùng động cơ điện, phần cần là dầm ngang kết cấu thép hình, tầm với thay đổi đƣợc do xe con chạy trên dầm. 2.2 Phân loại Cần trục xoay có nhiều loại khác nhau phù hợp với các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Cần trục xoay thƣờng có 2 dạng kết cấu phổ biến (hình 2.1) - Cần trục xoay cột cố định gắn vào nền nhà xƣởng (pilot jib crane) - Cần trục xoay trục cố định gắn tƣờng (wall jib crane) a) Kiểu cột cố định b) Kiểu gắn tường Hình 2.1 Các kiểu cần trục xoay thông dụng [9] 2.2.1 Cần trục xoay cột cố định gắn vào nền nhà xƣởng a) Đặc điểm cấu tạo - Gồm một cột cố định đƣợc gắn vào nền nhà xƣởng, phía trên cột có lắp dầm. Dầm đƣợc liên kết với cột bằng gối tựa hoặc khớp bản lề hay ngàm. - Các cơ cấu của cần trục xoay gồm: cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu quay (1800, 2700, 3600). Xe con chạy trên dầm chữ I. - Nguồn điện cung cấp cho các cơ cấu từ lƣới điện. b) Đặc điểm hoạt động - Cần trục xoay cột cố định phục vụ việc nâng hạ hàng và vận chuyển hàng trên một cung tròn lên tới 3600 có bán kính bằng tầm với của cần trục. - Tầm với có thể thay đổi nhờ chuyển động của xe con chạy trên dầm. - Cơ cấu quay dẫn động máy đặt bên ngoài cần trục và truyền lực bằng các bộ truyền bánh rang hoặc bằng ma sát giữa cáp và vòng quay gắn trên cột. 4
17. c) Các dạng phổ biến a) Hạng nặng b) Hạng trung Hình 2.2 Các kiểu cần trục xoay cột cố định [10] 2.2.2 Cần trục xoay trục cố định gắn tƣờng a) Đặc điểm cấu tạo - Gồm có ngàm gắn cố định vào tƣờng, trên ngàm có lắp dầm. Dầm đƣợc liên kết với ngàm gắn tƣờng bằng gối tựa hoặc khớp bản lề. b) Đặc điểm hoạt động: giống cần trục xoay cột cố định c) Các dạng phổ biến Hình 2.3 Các kiểu cần trục xoay gắn tường [9] 5
18. 2.3 Chọn kết cấu nghiên cứu Chọn kết cấu cần trục xoay cột cố định sức nâng 5-10 tấn để nghiên cứu. Hình 2.4 Một dạng kết cấu cần trục xoay cột cố định [9] 2.4 Các công trình nghiên cứu 2.4.1 Ngoài nƣớc: Phần mềm thiết kế do tác giả Satish LeLe ngƣời Ấn Độ [11] cho phép tính toán thiết kế các công việc sau: - Cho phép lựa chọn kiểu cần trục xoay cột cố định, tính toán thiết kế theo yêu cầu. Phần mềm tính toán và bản vẽ đƣợc thiết kế bằng chƣơng trình AutoLisp. - Nhập thông số cần trục theo đơn đặt hàng nhƣ sức nâng, chiều cao, tầm với, pa lăng, mặt bích, vòng bi, bánh răng, - Các thông số chuyển qua phần mềm AutoLisp để xuất ra bản vẽ. a) Đặc điểm: Khi hoạt động phần mềm yêu cầu lựa chọn mẫu cần trục và nhập vào các thông số yêu cầu thiết kế. Sau đó chƣơng trình tự động xuất ra các bản vẽ cho từng chi tiết thiết bị và đƣa vào danh mục thiết bị cũng nhƣ khối lƣợng của mỗi chi tiết và khối lƣợng toàn bộ. Hình 2.5 Bản vẽ xuất ra [11] 6
19. b) Ƣu điểm: - Dễ dàng đặt hàng - Phần mềm tính toán xuất bản vẽ nhanh c) Nhƣợc điểm: - Phần mềm có tính phí ($350) - Giới hạn mẫu cần trục (sức nâng đến 3 tấn, tầm với 6m, chiều cao nâng 4m) - Giới hạn về kiểu dáng, vật liệu, - Số cửa sổ nhập liệu nhiều, phần mềm chỉ hỗ trợ chuyển thông số nhập liệu để vẽ không hỗ trợ tính toán. Phần mềm đặt hàng online [4] cho phép chọn loại cần trục xoay (gắn tƣờng hay cột cố định), nhập các thông số yêu cầu nhƣ sức nâng, tầm với, chiều cao, pa lăng, động cơ, Hình 2.6 Giao diện mẫu đặt hàng [12] a) Ƣu điểm: - Dễ dàng đặt hàng b) Nhƣợc điểm: - Chỉ cho phép thực hiện đặt hàng với kết cấu chủng loại theo qui định của hãng. - Không hỗ trợ tính toán xuất bản vẽ. 2.4.2 Trong nƣớc: Hiện chƣa có thông tin về thiết kế phần mềm tính toán thiết kế tự động cần trục xoay jib crane, công việc tính toán thiết kế vẫn đƣợc thực hiện bằng tay. Do đó, việc tính toán thiết kế cần trục xoay jib crane là vấn đề cấp thiết đóng vai trò quan trọng trong vấn đề cơ khí hóa, tự động hóa nền cơ khí nƣớc nhà. 2.5 Vấn đề tồn tại Phần mềm xuất bản vẽ tự động chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi, có tính phí và chỉ dừng lại ở xuất bản vẽ tự động. Vì vậy trong ĐATN sẽ thực hiện việc tính toán thiết kế sử dụng phần mềm tính toán kiểm nghiệm độ bền và độ ổn định cũng nhƣ xuất bản vẽ tự động. 7
20. CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Qua phần tổng quan và yêu cầu của đề tài, nội dung chƣơng này tập trung vào các cơ sở lý thuyết liên quan đến cần trục xoay kiểu cột tròn cố định, dầm chữ I, xe con di chuyển bản cánh dƣới với sức nâng 5 – 10 tấn. 3.1 Kết cấu tính toán thiết kế: Hình 3.1 Kết cấu đề xuất [9] 3.2 Các công việc tính toán: Để thực hiện tính toán thiết kế cho kết cấu đã chọn cần thực hiện các công việc sau: 3.2.1 Kết cấu thép dầm [4] 3.2.1.1 Chọn tiết diện dầm hình Hình 3.2 Tiết diện dầm hình a) Thép cán phổ thông; b) Thép cán chữ I cánh rộng; c) Thép hình thành mỏng rộng 2 2 Vật liệu chế tạo KCT cần trục là thép các bon có ϭb=3600(kG/cm ), ϭc=2400(kG/cm ) [ϭ]=1800(kG/cm2) Mặt khác, do việc thay đổi tầm với của cần trục là do xe con di chuyển dƣới bản cánh dƣới nên ta có hai việc phải tính với dầm: Bền do uốn và ổn định bản cánh dƣới của dầm. 8
21. Các ký hiệu dùng trong công thức - Chiều cao dầm hd (mm) - Chiều rộng dầm Bd(mm) - Chiều dày tấm biên b (mm) - Chiều rộng tấm thành t (mm) Tải trọng tác dụng lên phần cần: Do cần trục làm việc trong xƣởng nên khi kể các tải trọng không có tải trọng gió. Tải trọng theo phƣơng thẳng đứng gồm có: + Trọng lƣợng hàng có nhân hệ số động 1,25: PQ= Q*1,25 (kG) (3 – 1) + Trọng lƣợng pa lăng điện nâng hàng đƣợc chọn Ppl(kG) + Trọng lƣợng dầm qd (tải trọng này phân bố dọc chiều dài dầm) (kG/m) Tổng tải trọng đặt tập trung theo phƣơng thẳng đứng tại một vị trí (tầm với xa nhất của cần trục) là PQn=PQ+Ppl(kG) (3 – 2) + Tải trọng theo phƣơng ngang là lực quán tính khi quay cần trục, giá trị này lấy lấy theo tốc độ phần quay và tính trong mặt phẳng nằm ngang. Tính cần trong mặt phẳng nâng hàng Trong mặt phẳng thẳng đứng, dầm chỉ chịu mômen uốn do các tải trọng thẳng đứng gây ra với Mtd đƣợc tính nhƣ sau: Mtd=PQn*R (kG.m) (3 – 3) R-tầm với cần trục (m) 3 Chọn sơ bộ chiều cao dầm theo công thức: hWmax 220. th (3 – 4) Chọn δt = 8 (mm) để đảm bảo tính công nghệ 3h h  7 hoặc  (3 – 5) t 1000 t 60 hmax Sau khi tính ra hmax, thử lại công thức 30 65 nếu không thỏa mãn thì điều chỉnh t t (chú ý luôn là các số nguyên) rồi thay lại công thức tìm hmax tới khi thỏa mãn thì thôi ( ta có 2 giá trị hd, t). Chọn chiều dày tấm biên theo 1 trong 2 điều kiện sau: b = δt + 12 (mm) hoặc δb = 2δt (làm tròn lên thành số nguyên nếu lẻ) Chọn chiều rộng dầm theo tất cả các điều kiện sau: Bd≤30*b (3 – 6) 1 Bd không nhỏ hơn 60 mm hoặc *hB (3 – 7) 4 dd 3 h h2 1 Wth h 1 h Bd W th 2 hoặc Bd (3 – 8) 2 12hhbb 6 1,7 Kiểm tra độ bền dầm: 9